實(shí)驗(yàn)二  扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)

工程中承受扭轉(zhuǎn)的構(gòu)件很多，如各類電動(dòng)機(jī)軸、傳動(dòng)軸、鉆桿等。材料在扭轉(zhuǎn)變形下的力學(xué)性能，如扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)τs、抗扭強(qiáng)度τb 、切變模量G等，是進(jìn)行扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算和剛度計(jì)算的依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)將介紹τs、τb的測(cè)定方法及扭轉(zhuǎn)破壞的規(guī)律和特征。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1. 觀察低碳鋼和鑄鐵在扭轉(zhuǎn)過程中的變形規(guī)律和破壞特征；
2. 測(cè)定低碳鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)的屈服極限τs和強(qiáng)度極限τb；測(cè)定鑄鐵扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度極限τb；
3. 了解扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，掌握操作方法；

實(shí)驗(yàn)設(shè)備

1. 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)； 游標(biāo)卡尺。

圖2.1 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)

3 扭轉(zhuǎn)試樣

扭轉(zhuǎn)試樣與拉伸試樣的形狀和尺寸完全相同，長(zhǎng)度l=100mm，直徑d =10mm。

圖2.2 扭轉(zhuǎn)試樣

實(shí)驗(yàn)原理

圖2.3 低碳鋼扭轉(zhuǎn)曲線及破壞形式

(1) 扭轉(zhuǎn)屈服極限

進(jìn)入屈服階段，曲線呈鋸齒狀，捕捉初始瞬時(shí)效應(yīng)后的ZUI小載荷  ，則扭轉(zhuǎn)屈服極限為

其中  為抗扭截面系數(shù)。

(2) 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限

過屈服階段后，材料的強(qiáng)化使扭矩又有緩慢的上升。變形卻非常顯著，試樣的縱向畫線變?yōu)槁菪€，但試樣仍保持為圓柱形，橫截面的大小及平行長(zhǎng)度的尺寸幾乎不變，也沒有頸縮現(xiàn)象。直到扭矩達(dá)到  ，試樣被扭斷。扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限為

因此，低碳鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)的兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)為

低碳鋼扭轉(zhuǎn)破壞的斷口形狀：與軸線垂直。

鑄鐵扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的T~φ曲線、破壞形式如圖2.3所示。

圖2.4 鑄鐵扭轉(zhuǎn)曲線及破壞形式

鑄鐵試樣受扭時(shí)，變形很小即突然斷裂，T~φ曲線接近直線，把它作為直線，可計(jì)算鑄鐵扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度指標(biāo)為

鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞的斷口形狀：與軸線成45o。

5 實(shí)驗(yàn)步驟

1. 量好試件尺寸（直徑d）后，將試件安裝于機(jī)器夾頭中，可在試件表面上畫一條縱向粉筆線，以觀察它的變形；
2. 選定試驗(yàn)機(jī)的測(cè)力范圍及轉(zhuǎn)速；
3. 開動(dòng)電機(jī)，加載，注意觀察試樣的變形情況，并記下   和   （鑄鐵試樣只記下   ）。低碳鋼試樣加載到   后可以改為快速；
4. 試樣扭斷后，立即關(guān)閉電機(jī)，取下斷裂的試樣，繪制斷口破壞草圖。

6 討論與思考

（1）計(jì)算低碳鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)的屈服極限 和強(qiáng)度極限 時(shí)為何公式中有3/4的系數(shù)？而計(jì)算鑄鐵強(qiáng)度極限 時(shí)則無此系數(shù)？

（2）本實(shí)驗(yàn)要求注意觀察、分析哪些現(xiàn)象？

附 實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)二 扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)日期：           室溫：        小組成員：           

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?span lang="EN-US">

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備

（三）實(shí)驗(yàn)記錄

表2-1  扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)試件原始尺寸

（四）結(jié)果處理

表2-2  扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果

（五）問題討論

1. （1）    低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞有什么不同？根據(jù)斷口形式分析其破壞原因；
2. （2）    比較塑性材料和脆性材料在拉伸、壓縮及扭轉(zhuǎn)時(shí)的變形情況和破壞特點(diǎn)，試分析兩種材料的機(jī)械性能。